基于Pro/E的相贯曲面堆焊运动仿真分析

论文摘要

石油钻采专用阀门是石油、天然气钻采和生产系统中的重要组成部件,对石化行业的发展起着举足轻重的作用。本文在充分了解国内外阀门内壁相贯曲面堆焊设备及虚拟样机仿真技术的研究发展现状后,建立了阀门内壁相贯曲线及堆焊焊枪运动轨迹的数学模型,在Pro/E软件工作环境下,建立了堆焊设备的三维实体模型,定义了运动连接,设定了伺服电机参数,进行了堆焊设备虚拟样机的计算机运动仿真试验,通过仿真分析,生成了运动轨迹曲线并进行了仿真误差分析,验证了该数学模型建立的正确性,为堆焊设备的研制解决了关键技术之一,并提供了虚拟样机仿真技术支撑。基于Pro/E MECHANICA结构分析模块,对堆焊设备纵向导轨梁的设计参数进行了灵敏度分析及优化设计,建立了以导轨梁质量最小为目标函数,应力及位移为约束的优化数学模型,对其结构设计参数尺寸进行了优化设计。分析和优化的结果对导轨梁的结构尺寸及可靠性设计具有一定的参考借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 应用概述
• 1.2.1 焊接自动化应用概述
• 1.2.2 阀门内壁堆焊概述
• 1.2.3 虚拟样机技术概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 阀门内壁相贯曲面堆焊设备国外研究现状
• 1.3.2 阀门内壁相贯曲面堆焊设备国内研究现状
• 1.3.3 虚拟样机仿真技术国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 相贯曲线及堆焊运动轨迹数学模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 建立阀门相贯曲线数学模型
• 2.2.1 相贯曲线Ⅰ数学模型的建立
• 2.2.2 相贯曲线Ⅱ数学模型的建立
• 2.3 建立自动堆焊运动轨迹数学模型
• 2.3.1 两辅管在主管平面展开边界投影有相交部分
• 2.3.2 两辅管在主管平面展开边界投影完全重合
• 2.3.3 两辅管在主管平面展开边界投影有包含部分
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于Pro/E的堆焊设备三维实体建模
• 3.1 引言
• 3.2 三维建模原理
• 3.3 堆焊设备零部件三维建模
• 3.3.1 支架零部件三维建模
• 3.3.2 三维运动机构零部件建模
• 3.3.3 堆焊机头零部件三维建模
• 3.4 虚拟装配
• 3.4.1 Pro/E装配方法
• 3.4.2 堆焊设备零部件虚拟装配
• 3.4.3 虚拟装配干涉检查
• 3.5 本章小结
• 第四章 堆焊运动仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 运动仿真模型创建
• 4.2.1 运动连接定义
• 4.2.2 主体定义
• 4.2.3 伺服电动机定义
• 4.3 运动仿真分析
• 4.3.1 建立仿真分析定义
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结构有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 静态结构有限元分析
• 5.2.1 几何模型分析
• 5.2.2 模型材料属性定义
• 5.2.3 定义约束及载荷
• 5.2.4 静态结构应力及位移分析
• 5.3 灵敏度分析与优化设计
• 5.3.1 灵敏度分析
• 5.3.2 优化设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况